三相颗粒复合材料的表征和设计:无微结构的有限元模型与分析微力学模型对比
1Department of Mechanical Engineering, University of Manitoba, Winnipeg, MB R3T 2N2, Canada.
Materials (Basel, Switzerland)
|September 28, 2023
概括
无微结构有限元素建模 (MF-FEM) 方法可靠地预测三相复合材料的有效弹性特性,优于分析模型,特别是高相性质对比度. 这种方法需要较小的元素与代表体积元素 (RVE) 的比率以获得准确性.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 计算力学 计算力学 计算力学
- 复合材料 复合材料 复合材料
背景情况:
- 三相颗粒物复合材料为量身定制的工程性能提供了增强的设计灵活性.
- 预测有效的弹性特性对于复合材料设计至关重要,但实验方法昂贵且耗时.
- 分析微力学模型由于固有的假设存在局限性.
研究的目的:
- 调查用于三相颗粒物复合材料的无微结构有限元素建模 (MF-FEM) 方法的适用性和条件.
- 在三相系统中建立MF-FEM的趋同标准.
- 将分析微力学模型与MF-FEM和实验数据进行比较.
主要方法:
- 收分析以确定值元素的大小与代表体积元素 (RVE) 维度比.
- 使用现有的三相复合材料实验数据验证MF-FEM方法.
- 对MF-FEM和分析微力学模型进行比较评估,以预测有效的弹性特性.
主要成果:
- 三相复合材料的值元素与RVE比率为1 / 150,比二相复合材料的1/50小.
- MF-FEM预测显示与实验数据密切一致,证实了其可靠性.
- 分析模型表现出可变的准确性,特别是低估了具有较大的相位特性对比度的性能.
结论:
- MF-FEM方法是一种可靠的方法,用于预测三相颗粒复合材料的有效弹性特性.
- 分析微力学模型可能对三相复合材料不可靠,特别是那些具有显著相性质差异的复合材料.
- 尽管MF-FEM比较耗时,但与复杂复合分析的分析模型相比,它提供了更高的可靠性.
